​CNC數控機床（chuáng）深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔（kǒng）深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔（kǒng）加（jiā）工是機械加工中（zhōng）的一（yī）道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易（yì）引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不（bú）易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔（kǒng）偏斜等現（xiàn）象，從而達不到質量要求。

航空發（fā）動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的（de）深徑比更增加（jiā）了此零（líng）件（jiàn）的（de）加工難度，為了加工出合格孔，需製定合（hé）理的加工方案，選（xuǎn）擇合適的加工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一、零件簡（jiǎn）介

某噴嘴類零件，總（zǒng）長（zhǎng）為（wéi）105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加（jiā）工的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般（bān）鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的（de）高切削熱和切（qiē）屑難（nán）以（yǐ）及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為（wéi）劇（jù）烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高（gāo）溫（wēn）合金孔的精度要求。

④高溫（wēn）合金孔加工中，刀具磨損（sǔn）比加工（gōng）普通鋼材快得多，且需要切削性能更好的刀具材料。

為了解決以上加工難點，加工此深孔時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的（de）加工精度。

 

二、加工（gōng）工（gōng）藝（yì）設計和分析

零（líng）件深孔（kǒng）加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且（qiě）要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度（dù）差,加工效率低、操作者勞動強（qiáng）度大、質量難以保（bǎo）證，而（ér）且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大（dà）的加工（gōng）困難，因此刀具最好選擇深孔加（jiā）工專用刀具。

設備的（de）選用考慮到本公司產（chǎn）品類型多，深孔加工產品結構差（chà）異大，且生產批量較小，不可能購置深孔（kǒng）加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有（yǒu）多種，如（rú）槍鑽、噴吸鑽、套料鑽（zuàn）、硬（yìng）質合金可轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深（shēn）孔鑽和亞幹（gàn）式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔（kǒng）直徑不適（shì）合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔鑽（zuàn）一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用（yòng）霧化（huà）切削液進行潤滑，需（xū）專（zhuān）用的加工（gōng）設備。

而槍鑽適用於加（jiā）工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對（duì）比及本廠的實（shí）際情況，研究決（jué）定采用槍鑽進行此深孔的加（jiā）工。

槍（qiāng）鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部（bù）分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和（hé）使切屑順利排出，並（bìng）選擇韌性（xìng）和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提（tí）高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般（bān）選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰（yāo）形孔到達切削區後迫使切（qiē）屑隨切（qiē）削（xuē）液由V型槽與工件孔壁間空間（jiān）排（pái）出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無（wú）橫刃，鑽尖（jiān）偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽（zuàn）尖處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉工件中心上的孔，加工時，通（tōng）常是工件旋轉，鑽頭作直線（xiàn）進給，較適用於加工（gōng）中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床（chuáng）、刀具或工件旋轉場合（hé）。

綜合考慮槍（qiāng）鑽加工的應用場合（hé）及（jí）公司現有設備情況（kuàng），在此零件加（jiā）工時，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合（hé）。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非（fēi）平衡鑽頭，不（bú）平衡的槽形意味（wèi）著切削力不平衡。

為了減（jiǎn）少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的（de）槍鑽機床（chuáng）上（shàng）配（pèi）有槍鑽（zuàn）引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配備導套，且沒有夾（jiá）具，無法設計導套。

因（yīn）此，筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得（dé）出：

槍鑽引導孔的（de）深度應為（wéi）1～2倍（bèi）槍鑽直徑，直徑應比槍鑽（zuàn）鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

 

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序（xù）草圖如圖3所示（shì），由圖（tú）可知，用軟三（sān）爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件（jiàn）的深孔加工。

鑽導（dǎo）向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的（de）切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成（chéng）本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了（le）試切加工。

經過（guò）多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率（lǜ）為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國（guó）產（chǎn）刀具的切削參數偏低（dī），轉速為600r/min，進（jìn）給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於（yú）進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀（dāo）具的加工質（zhì）量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了（le）費用較低的四平（píng）合（hé）金鑽頭（tóu）。

 

(2)深孔加（jiā）工。

深孔加工我們采（cǎi）用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔（kǒng）和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加工;

另一種是（shì）以較低（dī）轉數和進給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法（fǎ）。

 

經過試驗加工發現（xiàn）：第（dì）一種加工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工（gōng）效率（lǜ）高且質量較好。

因此（cǐ），在（zài）保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗（yàn）。

試（shì）驗過程中發（fā）現，1把（bǎ）槍鑽加工到（dào）第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第（dì）5件的（de）加工，但加工到第6件時（shí），加工到孔（kǒng）深78mm時，鑽頭（tóu）折（shé）斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽（zuàn）最多加工5件零件，可（kě）防止鑽頭（tóu）折（shé）斷（duàn）。


在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能（néng）解決的深孔和高精度孔加（jiā）工問題，可鑽出一個直（zhí）線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在（zài）固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓（yā）力後，深孔鑽這個工序便成為一個（gè）簡易的“標準”工序，不受操作員（yuán）技術的影響，隻要是一（yī）個高質量的槍鑽便可在生產過程（chéng）中提（tí）供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和（hé）導向滿足的情況下也適用於車銑複（fù）合加工中心（xīn）和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值（zhí）。